Διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς προκατασκευασμένων κτιρίων με πανέλα πλαγιοκαλύψεων από οπλισμένο σκυρόδεμα σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό

Ντάσκας, Ιωάννης; Ntaskas, Ioannis

dc.contributor.author	Ντάσκας, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Ntaskas, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2017-03-03T09:44:45Z
dc.date.available	2017-03-03T09:44:45Z
dc.date.issued	2017-03-03
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44489
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6249
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προκατασκευασμένα κτίρια	el
dc.subject	Πανέλα πλαγιοκαλύψεων	el
dc.subject	Σταθερή σύνδεση	el
dc.subject	Οπλισμένο σκυρόδεμα	el
dc.subject	Διατάξεις πανέλων	el
dc.subject	Ανελαστικές αναλύσεις	el
dc.subject	Precast buildings	en
dc.subject	Cladding panels	en
dc.subject	Fixed connections	en
dc.subject	Reinforced concrete	en
dc.subject	Inelastic analyses	en
dc.title	Διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς προκατασκευασμένων κτιρίων με πανέλα πλαγιοκαλύψεων από οπλισμένο σκυρόδεμα σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό	el
dc.title	Investigation of the seismic behaviour of precast buildings with RC cladding panels fixed to the load-bearing structure	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Αντισεισμική Τεχνολογία	el
heal.classification	Earthquake Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-01
heal.abstract	Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία γίνεται μια προσπάθεια διερεύνησης της σεισμικής απόκρισης ενός τυπικού κτιρίου από προκατασκευασμένα στοιχεία, ανάλογα με τη διάταξη των, σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό, πανέλων πλαγιοκαλύψεων στις πλευρές του. Η κατασκευή που επιλέγεται προς διερεύνηση είναι ένα τυπικό μονώροφο βιομηχανικό κτίριο, διότι αποτελεί ένα μεγάλο ποσοστό των προκατασκευασμένων κτιρίων (άρα τα συμπεράσματα που θα προκύψουν έχουν και πρακτική χρησιμότητα), και, επιπλέον, έχει σχετικά απλή προσομοίωση, που οδηγεί σε πιο αξιόπιστα αποτελέσματα. Σε κατασκευές σαν κι αυτή τα πανέλα πλαγιοκαλύψεων έχουν διαφορετικές χωρικές κατανομές ή διατάξεις (κατακόρυφη/οριζόντια) ή μεγέθη, αφού, ανάλογα με το σχεδιασμό, είναι απαραίτητη η δημιουργία ανοιγμάτων για την κάλυψη των εκάστοτε αναγκών (π.χ. διέλευση ανθρώπων, οχημάτων, φυσικός φωτισμός, φυσικός εξαερισμός, κ.λ.π.). Είναι φανερό, λοιπόν, πόσο σημαντική και πρακτική είναι η γνώση της ενδεχόμενης μεταβολής της συμπεριφοράς τέτοιων, ευρείας χρήσης, κτιρίων σε σεισμικές καταπονήσεις, ανάλογα με το μέγεθος και τη θέση των πανέλων πλαγιοκαλύψεων, άρα και των ανοιγμάτων. Επομένως, στόχος της παρούσας εργασίας είναι να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα που να αποτελέσουν ένα χρήσιμο εργαλείο στην καταλληλότερη επιλογή της κατανομής των φερόντων πανέλων στις πλευρές του προκατασκευασμένου κτιρίου, κατά το σχεδιασμό του. Στα πλαίσια της στόχευσης αυτής και για λόγους σύγκρισης, εξετάζεται και η περίπτωση που τα πανέλα θεωρούνται μέρος του συστήματος επένδυσης και δε συμμετέχουν στην ανάληψη φορτίων. Η διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης του κτιρίου γίνεται με χρήση των ακόλουθων τριών μεθόδων: α) Ιδιομορφική ανάλυση β) Στατική μη-γραμμική ανάλυση (pushover) γ) Δυναμική μη-γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας (time-history) Για κάθε μια από τις παραπάνω, δημιουργούνται αντίστοιχα μοντέλα προσομοίωσης, που αναπαριστούν όσο πιο αντιπροσωπευτικά γίνεται την πραγματική συμπεριφορά που αναμένεται να έχει η κατασκευή κατά τις αναλύσεις αυτές, καθώς και τα επιβαλλόμενα, κάθε φορά, φορτία. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιείται για τη διενέργεια των αναλύσεων είναι το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων SAP2000v.15. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα αποτελέσματα της δυναμικής μη-γραμμικής (time-history) και ακολούθως σε αυτά της στατικής μη-γραμμικής ανάλυσης (pushover). Επιπλέον, για την αποτύπωση της πραγματικής απόκρισης που αναμένεται να έχει το κτίριο, γίνεται μια προσαρμογή των ιδιοτήτων των συνδέσεων των πανέλων σε πραγματικές τιμές (από πειράματα), με τη βοήθεια κατάλληλων μοντέλων, προκειμένου να εξαχθούν οι νόμοι ροπών-στροφών για αυτές. Κατά τη διαδικασία αυτή και για την κάλυψη τυχόν αβεβαιοτήτων, γίνεται μια επιπλέον διερεύνηση στον τρόπο και το μέγεθος που η αλλαγή της κάθε εξεταζόμενης (για την προσαρμογή) παραμέτρου, επηρεάζει την καμπύλη ικανότητας των μοντέλων προσαρμογής. Η παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία έχει την ακόλουθη δομή: Στο 1ο Κεφάλαιο παρατίθενται κάποια θεωρητικά στοιχεία περί προκατασκευών που κρίνεται σκόπιμο να αναφερθούν, προκειμένου να υπάρχει το θεωρητικό υπόβαθρο που θα καταστήσει πιο κατανοητό το αντικείμενο που πραγματεύεται η συγκεκριμένη εργασία, μέσω της περιγραφής των ιδιοτήτων και των συμπεριφορών που αναμένεται να αναπτυχθούν από τα στοιχεία της κατασκευής. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο αυτό, αφού γίνει μια εισαγωγή περί προκατασκευής και προκατασκευασμένου σκυροδέματος, αναλύονται τα στοιχεία προκατασκευής, τα προκατασκευασμένα πανέλα, τα συστήματα προκατασκευής, οι συνδέσεις, τα προκατασκευασμένα κτίρια από σκυρόδεμα, ο τρόπος παραγωγής των στοιχείων και κατασκευής των έργων, καθώς και οι αστοχίες που συνήθως προκύπτουν. Πέρα από τα γενικά στοιχεία που αναφέρονται ως θεωρητική γνώση, υπάρχουν και κάποια που είναι εξαιρετικά χρήσιμα για την κατανόηση της συμπεριφοράς του εξεταζόμενου κτιρίου και των επιμέρους στοιχείων του (π.χ. πανέλα πλαγιοκαλύψεων, συστήματα πλαγιοκαλύψεων, συστήματα σταθερής σύνδεσης, αστοχίες από σεισμικές δράσεις, κ.λ.π.). Το 2ο Κεφάλαιο, περιγράφει διεξοδικότερα το σκοπό της εργασίας, όπως παρουσιάστηκε παραπάνω. Στη συνέχεια, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του βιομηχανικού κτιρίου (διαστάσεις κτιρίου, διαστάσεις επιμέρους στοιχείων, τρόπο σύνδεσης στοιχείων, υλικά, κ.λ.π.) και των φορτίσεων που του ασκούνται και πραγματοποιείται μια αρχική διαστασιολόγηση στην κατασκευή. Ακολούθως, παρουσιάζονται και εκθέτονται σχηματικά οι έξι περιπτώσεις διάταξης των πανέλων πλαγιοκαλύψεων που θα εξετασθούν και εξηγούνται οι λόγοι που επιλέγονται. Το 3ο Κεφάλαιο αναφέρεται στη διαστασιολόγηση των συνδέσεων των πανέλων πλαγιοκαλύψεων και του οπλισμού των υποστυλωμάτων. Συγκεκριμένα, αφού γίνει εκτενής παρουσίαση των μοντέλων διαστασιολόγησης όλων των περιπτώσεων διάταξης των πανέλων πλαγιοκαλύψεων (με τις αντίστοιχες σχηματικές απεικονίσεις των προσομοιωμάτων στο SAP2000), τα οποία υποβάλλονται σε φασματικές αναλύσεις, περιγράφεται με λεπτομέρεια η διαδικασία διαστασιολόγησης και παρατίθενται αναλυτικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτή, για κάθε στοιχείο σύνδεσης και υποστύλωμα, κάθε περίπτωσης. Στο 4ο Κεφάλαιο πραγματοποιείται η πρώτη διερεύνηση με ιδιομορφική ανάλυση. Αφού αναφερθούν κάποια θεωρητικά στοιχεία σχετικά με τη μέθοδο αυτή και τον τρόπο που εφαρμόζεται στην προσομοίωση, παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν (με τις παραμορφωμένες εικόνες των μοντέλων) και εξάγονται κάποια συμπεράσματα επί αυτών. Το 5ο Κεφάλαιο αναφέρεται στην προσαρμογή των ιδιοτήτων των συνδέσεων των πανέλων πλαγιοκαλύψεων σε πραγματικά δεδομένα που έχουν προκύψει από πειράματα, προκειμένου στη συνέχεια να εξαχθούν οι σχετικοί νόμοι ροπών-στροφών. Έτσι, αφού προηγηθεί μια αναφορά στο σκοπό αυτής της προσαρμογής και μια αναλυτική περιγραφή των πειραμάτων και των αποτελεσμάτων τους, παρουσιάζονται τα μοντέλα προσομοίωσης των πειραμάτων (τα οποία θα υποβληθούν σε στατικές μη-γραμμικές αναλύσεις). Στη συνέχεια, αναλύεται η διαδικασία προσαρμογής και παρουσιάζονται τα τελικά αποτελέσματα των παραμέτρων που θα ληφθούν, τα οποία χρησιμοποιούνται στο επόμενο Κεφάλαιο. Επιπλέον, διερευνάται κατά πόσο η αλλαγή της κάθε παραμέτρου, επηρεάζει την καμπύλη ικανότητας, καθώς και ποιά ακριβώς είναι η επίδρασή της σε αυτή. Στο 6ο Κεφάλαιο, με βάση τα αποτελέσματα της διαστασιολόγησης (οπλισμοί συνδέσεων) και της προαναφερθείσας προσαρμογής, δημιουργούνται οι νόμοι ροπών-στροφών για όλες τις συνδέσεις πανέλων πλαγιοκαλύψεων που χρησιμοποιούνται στην εργασία αυτή. Συγκεκριμένα, πρώτα γίνεται η προσομοίωση του συστήματος που αντιπροσωπεύει τον επιθυμητό τρόπο σύνδεσης ενός μεμονωμένου πανέλου στο SAP2000, το οποίο θα υποβληθεί σε στατική μη-γραμμική ανάλυση. Ακολούθως, γίνεται η περιγραφή της διαδικασίας και τελικά παρουσιάζονται οι ακριβείς νόμοι ροπών-στροφών που θα οριστούν στις συνδέσεις κατά τις μη-γραμμικές αναλύσεις που θα ακολουθήσουν. Στο 7ο Κεφάλαιο εφαρμόζεται η διερεύνηση με στατική μη-γραμμική ανάλυση (pushover). Αφού προηγηθεί μία σύντομη θεωρητική αναφορά, σχετικά με τη χρήση αυτού του τύπου ανάλυσης, περιγράφεται η μέθοδος προσομοίωσης των μοντέλων του κτιρίου που θα δημιουργηθούν στο SAP2000, για τις 12 αναλύσεις που θα γίνουν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα, γίνεται σύγκριση μεταξύ τους (με τη βοήθεια κατάλληλων διαγραμμάτων) και εξάγονται τα αντίστοιχα συμπεράσματα. Το 8ο Κεφάλαιο αναφέρεται στη διερεύνηση με δυναμική μη-γραμμική ανάλυση (time-history). Αφού αναφερθούν κάποια θεωρητικά στοιχεία, σχετικά με αυτόν τον τύπο ανάλυσης, παρουσιάζονται οι σεισμικές καταγραφές που επιλέγονται να εφαρμοστούν στη συγκεκριμένη κατασκευή, η μέθοδος προσαρμογής τους στα δεδομένα που είχαν χρησιμοποιηθεί για τη φασματική ανάλυση κατά τη διαστασιολόγηση (με βάση τον Ευρωκώδικα 8), καθώς και τα αποτελέσματά της. Ακολούθως, περιγράφεται η μέθοδος προσομοίωσης των μοντέλων του κτιρίων που θα δημιουργηθούν για τις 144 αναλύσεις που θα πραγματοποιηθούν. Τέλος, παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα, σε κατάλληλους συγκεντρωτικούς πίνακες και διαγράμματα, συγκρίνονται μεταξύ τους και εξάγονται τα ανάλογα ποιοτικά και ποσοτικά συμπεράσματα. Το 9ο Κεφάλαιο, που αποτελεί και τον επίλογο της εργασίας, έχει ανακεφαλαιωτικό χαρακτήρα. Σε αυτό συγκεντρώνονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των διαδικασιών διερεύνησης που χρησιμοποιήθηκαν και εξάγονται κάποια γενικότερα συμπεράσματα σχετικά με την αναγκαιότητα τοποθέτησης πανέλων πλαγιοκαλύψεων σταθερά συνδεδεμένων με το φέροντα οργανισμό, σε μια προκατασκευή από σκυρόδεμα, καθώς και σχετικά με την απόκριση του κτιρίου, ανάλογα με την εκάστοτε διάταξη των πανέλων αυτών.	el
heal.abstract	The present postgraduate thesis aims to assess the seismic response of a typical precast building, depending on the distribution of cladding panels to its sides. The connections of these panels to the precast structure are considered to be fully fixed. The structure chosen to be examined is a single-storey industrial building of precast concrete, due to the fact that precast buildings are widely used for industrial purposes and can be easily simulated, thus leading to more accurate results and valuable conclusions. In this type of buildings it is often deemed necessary to incorporate openings in external walls, in order to meet some functional requirements, such as sufficient space for people or vehicles to pass through and effective natural ventilation and lighting. Different designs may require different distribution, (vertical or horizontal) arrangement or/and size of cladding panels; therefore it is of high importance to comprehend how these factors affect the seismic behaviour of a precast building. Based on this view, the scope of the present thesis is to draw some general conclusions, which might contribute to a better understanding of which is the most efficient distribution of load-bearing cladding panels to the perimeter of a precast building. The results of this attempt are further comparatively assessed with the corresponding ones produced by implementing common design practices, in which cladding panels are not designed to contribute to the load-bearing mechanism. The assessment of the seismic response of the examined building is conducted using three structural analysis methods: a) modal analysis b) non-linear static analysis (pushover) c) non-linear dynamic (time-history) analysis For each one of the above mentioned methods, the appropriate structural models are created, in an effort to simulate as accurately as possible the real seismic behaviour of the buildings, as well as the loads imposed to them. For the simulation of the structures and the execution of the analyses, the finite element program SAP2000v.15 is used. Emphasis is laid primarily on the results of the non-linear analyses, particularly those of the dynamic type. Additionally, in order for the real response of the examined building to be accurately simulated, it is essential to adjust the properties of the panel connections to real (experimental) ones. This calibration against the experimental results involves the simulation of a simplified structural model and leads finally to the establishment of the bending moment-rotation curves, which govern the non-linear behaviour of the panel connections. During this process, in an attempt to reduce specific uncertainties, it is further investigated how three particular, calibration-related parameters affect the capacity curves of the calibration models. The structure of this thesis is presented as follows: In the 1st Chapter, some worth mentioning theoretical principles about precast structures, such as properties and seismic behaviour of precast elements, are given, in order to compose the requisite theoretical background. More specifically, in this Chapter, after a brief introduction to precast structures and precast concrete in general, a more detailed reference to precast components, panels, concrete systems, connections, concrete buildings, production and construction methods and common failures is made. Emphasis is given to the theoretical knowledge which contributes to a better comprehension of the behaviour of the examined building and its various elements (e.g. cladding panels, cladding systems, integrated connections, failure under seismic actions). The 2nd Chapter describes more thoroughly the scope of the present thesis. A detailed description of the examined industrial building (including the dimensions of the building and its particular elements, the construction materials and the types of connections used, among others) and the loads imposed to it is given. Furthermore, an initial dimensioning is carried out. This is followed by the presentation of the six different cases (each one corresponding to a different distribution of cladding panels), which will be examined. Relevant figures, as well as the reasons supporting this particular choice of examined cases, are also included within Chapter 2. The 3rd Chapter refers to the dimensioning of the cladding panel connections’ rebars and the columns’ reinforcement. First of all, the dimensioning models of all the examined cases, as defined in SAP2000, are extensively presented and subjected to the design earthquake actions (Response Spectrum analysis). Following an analytically described process, the results of the dimensioning for each building are presented, both for its connection elements and its columns. In the 4th Chapter, the first assessment, through modal analysis, is conducted. After mentioning some theoretical principles about this method and the way it is implemented in Sap2000, the results (including figures depicting the deformed shape of the models) are reported and relevant conclusions are deduced. The 5th Chapter deals with the adjustment of the properties of the cladding panel connections to real ones, derived from experiments, in order to finally establish the relevant moment-rotation laws. At the beginning, the objective of this calibration against the experimental results is explained. The experimental configurations used, as well as their results, are also analyzed within this Chapter. Afterwards, the simulation models of the experimental configurations are presented and subjected to non-linear static analysis. The whole calibration process is thoroughly described and executed. As a result of this process, the values of three particular, calibration-related parameters, which are of crucial importance for the following stages of the thesis, are extracted. It should be noted that along with the calibration, it is further investigated how each one of these three parameters affects the capacity curves of the calibration models. In the 6th Chapter, the moment-rotation curves, which govern the non-linear behaviour of each one of the cladding panel connections used in the examined cases, are established, based on the results of the dimensioning and the calibration process. More specifically, a model representing the chosen type of connection of a single panel is simulated and is, then, subjected to non-linear static analysis. Subsequently, the process applied is described and the resulting (accurate) moment-rotation curves of the cladding panels connections are produced. In the 7th Chapter, the evaluation of the examined buildings, through the execution of non-linear static analysis (pushover), is conducted. Firstly, a brief theoretical reference to this method is provided. Next, the way, in which the examined building is simulated in SAP2000 , is described and 12 analyses are performed. The resulting capacity curves are then presented and a comparative assessment is carried out. Finally, relevant conclusions are drawn. The 8th Chapter focuses on the assessment of the examined buildings, performed through the execution of non-linear dynamic (time history) analysis. After the theoretical background of this method is provided, the seismic records, which are applied as base excitations to the selected structures, are presented. However, these seismic records are not applied as input motions with their recorded values, but with modified ones, in order to conform to the (Eurocode 8) design response spectrum. Both this modification process and the resulting (modification) factors are illustrated within Chapter 8. Furthermore, a total of 144 analyses is executed, for which the simulation models are analytically described. The results of the inelastic dynamic analyses are then presented and a comparative assessment is performed. Both quantitative and qualitative observations are made. Finally, the 9th Chapter, which is also the conclusion of the thesis, provides a summary of the results of all analyses. General conclusions, regarding the benefits, associated with the integration of cladding panels to a precast concrete building and the impact the distribution of cladding panels has on the seismic response of a precast building, are drawn.	en
heal.advisorName	Ψυχάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Μουζάκης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	275 σ.	en
heal.fullTextAvailability	true